Nhiễm sắc thể và cơ chế phân bào
Ở sinh vật nhân chuẩn, các tế bào sinh dưỡng lưỡng bội được hình thành theo cơ chế nguyên phân, trong đó mỗi NST trong cặp tương đồng sẽ tiến hành nhân đôi DNA một cách bán bảo toàn để tạo ra sợi nhiễm sắc giống hệt nó. Sau khi NST nhân đôi và cuộn xoắn, các sợi vi ống của thoi vô sắc sẽ gắn vào mỗi phía của một NST kép, tách rời 2 sợi nhiễm sắc chị em giống nhau này và kéo về 2 cực của tế bào. Không tính đến các lỗi do quá trình sao chép DNA không chính xác, nguyên lý bán bảo toàn của cơ chế nhân đôi DNA đã bảo đảm rằng các sợi nhiễm sắc chị em được tạo ra giống hệt nhau và dẫn đến 2 tế bào mới được tạo ra giống hệt tế bào ban đầu. Với giả định sự sao chép giống hệt nhau này, đa số các nhà sinh học tin rằng quá trình phân ly nhiễm sắc thể đến tế bào mới xảy ra một cách ngẫu nhiên và cân bằng. Tuy nhiên, việc tồn tại 2 bản sao của mỗi NST trong cặp tương đồng đã đưa đến một khả năng lựa chọn của tế bào. Liệu 2 bản sao này đều có chất lượng tốt như nhau? Nếu chất lượng 2 bản sao không như nhau, điều gì sẽ xảy đến? Bằng cách nào có thể tiến hành lựa chọn? Công trình mới (1) đã tiếp cận những câu hỏi này để làm rõ - cách thức phân biệt sợi nhiễm sắc và cách thức phân chia chúng - trọng tâm của cuộc tranh cãi vẫn đang diễn ra.
Chúng ta có thể giả định tình huống rằng việc lựa chọn sợi nhiễm sắc nào sẽ phân ly về tế bào con nào là một vấn đề có ý nghĩa. Cairns (2) giả sự rằng cơ thể sẽ có lợi hơn nếu những sợi DNA "bản gốc" (DNA của tế bào mẹ) phân ly vào những tế bào mầm sau mỗi lần phân bào, còn những phiên bản DNA copy (bản được tổng hợp mới trong quá trình sao chép DNA) nên phân ly về tế bào sẽ được biệt hóa. Như vậy, việc giữ bản gốc DNA trong tế bào mầm sẽ có thể làm giảm nguy cơ mắc ung thư. Ngoài ra, Klar (3) đề xuất rằng sự phân chia sợi DNA có tính định hướng trong quá trình phân bào có thể liên quan đến cơ chế quyết định trục phải - trái của cơ thể trong quá trình phát triển. Sự phân chia không ngẫu nhiên các sợi nhiễm sắc xảy ra khi các nhiễm sắc tử chứa những DNA gốc W sẽ phân ly vào một tế bào mới trong khi nhiễm sắc tử chứa DNA gốc C sẽ phân ly vào tế bào mới còn lại - hay là mô hình phân ly WW:CC (mô hình X). Như vậy, với mô hình của Klar và các kết quả trước kia (4) đã khởi động cho nghiên cứu tìm ra nhân tố liên quan đến sự phân ly một cách định hướng của các nhiễm sắc tử trong phân bào.
Armakolas và Klar đã thiết lập một hệ thống tế bào chuột nuôi cấy để theo dõi được sự phân ly của các nhiễm sắc tử thuộc NST số 7. Trong hệ thống này, chỉ duy nhất một trong hai nhiễm sắc tử đã xảy ra một trao đổi chéo thay thế gene kháng thuốc (Hprt). Do đó, thuốc sẽ chọn lọc các tế bào với nhiễm sắc tử tái tổ hợp mang Hprt từ mỗi NST tương đồng. Để xác định sự phân ly của nhiễm sắc thể có xảy ra ngẫu nhiên hay không, người chỉ cần xác định nhiễm sắc tử nào của những NST 7 tương đồng phân ly vào các tế bào kháng thuốc. Nếu đó là nhiễm sắc tử không tái tổ hợp thì theo mô hình X (WW:CC) còn nếu là nhiễm sắc tử tái tổ hợp thì theo mô hình Z (WC:WC).
Với mô hình thí nghiệm này, nhóm tác giả đã nhận thấy đa phần các nhiễm sắc tử phân ly theo mô hình X (WW:CC) do sự phân bố có định hướng của chạc giao thoa nhiễm sắc thể kép (điểm nối trao đổi chéo giữa 2 nhiễm sắc tử) và do tính kết dính của các nhiễm sắc tử chị em (5). Tần số kết quả là đa phần chứ không phải là hoàn toàn (100%), và nó cũng có sự bổ trợ giải thích với thí nghiệm của Armokolas và Klar(4). Nhóm Liu (5) và Armokolas (4) đã công bố kết quả phân ly tuyệt đối (100%) theo dạng X (WW:CC) của gene kháng thuốc trên nhiễm sắc thể không tái tổ hợp của cặp tương đồng ở hệ thống tế bào mầm phôi chuột. Armakolas và Klar cũng mô tả sự phân ly tương ứng ở các dòng tế bào nội biểu mô (endoderm) và biểu mô thần kinh (neuroectoderm) theo mô hình X và Z (4). Tác giả giả định rằng những mô hình phân ly tuyết đối là do sự phân ly có định hướng của những sợi DNA trong mỗi nhiễm sắc thể tương đồng ở mỗi tế bào con. Mô hình phân ly này có tính phụ thuộc loại tế bào hoặc mô (4).
Mặc dù những phản đối khá bài bản đã được đưa ra đối với cách giải thích này, Armakolas và Klar đã tiến hành một bước thí nghiệm tiếp theo: Liệu các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình phân ly các sợi DNA có cùng chịu ảnh hướng bởi những nhân tố quyết định trục phải - trái của cơ thể? Và bằng cách nào một sản phẩm gene liên quan đến trục phải - trái có thể ảnh hưởng đến sự phân ly của các nhiễm sắc tử? Nhóm tác giả tập trung vào gene mã hóa protein LRD (left-right dynein motor). Những đột biến của gene này (Dnahc11) ở chuột và protein tương đồng ở người (DNAH11) đều gây ra những đột biến thay đổi vị trí trái - phải của một số cơ quan nội tạng. Khi Armakolas và Klar sử dụng cùng mô hình thí nghiệm tái tổ hợp Hprt và làm ức chế sự biểu hiện của gene LRD bằng kỹ thuật can thiệp RNA (RNA interfering), sự phân ly của các nhiễm sắc tử đã trở nên gần như ngẫu nhiên trong các dòng tế bào mà trước đây đã hoàn toàn định hướng theo mô hình Z hoặc X.
Tài liệu tham khảo[sửa]
- A. Armakolas, A. J. S. Klar, Science 315, 100 (2007).
- J. Cairns, Nature 255, 197 (1975).
- A. J. S. Klar, Trends Genet. 10, 392 (1994).
- A. Armakolas, A. J. S. Klar, Science 311, 1146 (2006).
- P. Liu, N. A. Jenkins, N. G. Copeland, Nat. Genet. 30, 66 (2002).
